变凝结水量调节超临界机组负荷的节能效果

1、 超临界机组完全变压运行技术与节能分析摘要：系统的分析了采用变凝结水流量快速调节机组负荷，实现超临界机组完全变压运行的技术特点和节能效果。根据实际运行试验数据，对变凝结水流量调节机组负荷的范围、响应速度、节能效果、除氧器和凝汽器及低压加热器的水位控制、变压运行对锅炉运行特性的影响等问题进行了比较具体的分析。认为变凝结水流量快速调节机组负荷与传统技术相结合，可实现超临界机组完全变压运行，对大型燃煤机组节能减排意义重大。关键词：超临界机组 变压运行 凝结水量 变频调节 节能中图分类号：tk229.2 文献标识码：a前言 传统的汽轮机跟随锅炉的变压运行技术，锅炉燃烧调节反应速度慢，600mw超临界机

2、机组需要22.5min，1000mw超超临界机组需要2.53min，给水调节响应agc指令的滞后时间也至少1min，无法实现变压运行对于机组负荷调节的快速响应，不适应电网调频的要求。汽轮机节流调节可快速响应电网调频，但节流损失大，经济性较低。例如，绥中电厂800mw超临界机组汽轮机节流调节时导致机组煤耗提高45 g/（kwh），而盘山电厂500mw超临界机组在350mw负荷的节流损失导致机组煤耗提高5.9 g/（kwh）1。因而传统的变压运行技术不利于提高大型燃煤机组的节能减排效率。 近年来国内外采用变凝结水流量调节的变压运行技术，该技术与传统变压运行技术相结合形成一种新型的完全变压运行技术，

3、在20s内以快速负荷变化来适应电网调频的要求（一次调频动作时间一般为1060s），60s后由凝结水调节负荷转为由锅炉给水调节和燃烧量调节负荷，实现机组的完全变压运行。1 超临界机组变压运行最优化方式 1.1 完全变压运行节能减排效果显著运行实践和大量文献的研究表明，超临界和超超临界机组采用完全变压运行方式（汽轮机主汽门和调节汽门处于全开位置）是节能运行的有效途径之一，且是最优运行方式。所谓完全变压运行方式就是指发电机组在30% 100% mcr负荷内，汽轮机主汽门全开，且调节汽门全开（一般为四阀或六阀全开）的一种变压运行方式。宁海电厂600mw亚临界机组的运行表明，采用完全变压运行方式，与常规

4、的单阀顺序调节方式相比，能使机组供电煤耗降低5.5g/（kwh），其中600mw负荷时，供电煤耗降低g/（kwh），300mw负荷时，降低5.5g/（kwh）。可见，完全变压运行方式对于大型超临界机组节能减排具有重要价值，尤其在低负荷运行时的节能潜力更大。1.2 变凝结水节流快速调节负荷为了实现机组负荷调节快速响应（1050s内）电网调频的要求，并且同时保证机组在调节负荷时具有较高的运行效率，近年来国内外电厂开始普遍采用凝结水节流调节来快速响应机组负荷。根据1000mw机组的运行经验，在除氧器主调阀动作之后，大约经过20s，机组负荷就开始响应。凝结水调节负荷的有效时间最多约为4.5min。正常

5、情况下，凝结水调节机组负荷仅限于agc动作后的前50s，在5080s之间用给水量调节，在80s之后依靠调节燃烧量和给水量调节机组负荷，实现机组完全变压运行。这种运行方式极大的提高了超临界和超超临界机组快速响应agc指令的能力，并同时具有较高的运行经济性，因而是一种最优的变压运行新模式。2. 变凝结水流量调节机组负荷的技术分析2.1 变凝结水流量调节机组负荷的大致范围上海外高桥电厂1000mw超超临界机组的运行实践表明，在5001000mw范围内运行时，凝结水调负荷的最大能力达到1530mw 2。内蒙准格尔某电厂采用凝结水节流控制技术可以改变机组最大出力的(46)%mcr，机组负荷变化范围可达到

6、20mw，机组热效率可提高(0.51.0)% 。内蒙岱海电厂600mw超临界机组的试验表明，在agc（自动增加功率）方式下，采用凝结水节流调节机组负荷的方法，机组负荷变化速度可达到12 mw/min。2.2 变凝结水流量调节机组负荷的原理变凝结水流量调节机组负荷是一种瞬时性的调节方式。变凝结水流量调节有2种方式：一种是通过改变凝结泵出口调门的开度来改变凝结水流量，称为节流调节。节流调节需要根据低压缸抽汽量的调节量对管道和抽汽控制阀门进行技术和设备改造，工程费用较大。另一种是采用变频凝结水泵，通过调节凝结水泵的转速来改变凝结水流量，称为变频（或变速）调节。凝结水泵的变频调节不仅适用于快速响应ag

7、c指令，同时更多的应用于机组全负荷范围变压运行中调节凝结水流量。变凝结水流量调节机组负荷的原理是当机组接到agc（自动增加功率）指令时，在凝汽器和除氧器水位变化允许范围内， 通过节流调节或变频调节，来改变凝结水流量，从而改变汽轮机抽汽量，暂时获得或释放部分机组负荷。当机组快速增负荷时，减小凝结水泵出口调门开度（即减小除氧器上水调节阀的开度）或降低变频凝结水泵的转速，减小凝结水流量，减小低压加热器的抽汽量，增加蒸汽在汽轮机中、低压缸中的做功量，从而增加机组负荷。在此调节过程中，由于凝结水被节流，凝结水流量减少，因而导致凝汽器水位上升，同时除氧器水位暂时下降，如图1所示3。当机组快速减负荷时，上述

8、调节过程反向执行。图1 凝结水量快速变化时的机组负荷与凝汽器及除氧器水位的变化 fig1 load and water level of condenser and deaerator for condensed water flow change3. 变凝结水流量调节方式的优点和问题 3.1 优点变凝结水流量调节机组负荷的优点是：避开了机组快速变负荷时锅炉燃烧调节响应滞后于机组负荷变化的问题，为机组负荷快速变化和锅炉燃烧调节之间留出了缓冲时间。不需要改变汽轮机的进汽门和调节汽门的开度，避免了汽轮机进汽的节流损失，为机组的全滑压运行提供了有利条件。在不改变外界能量供给的条件下，实现机组快速变负

9、荷的实质是利用汽轮机回热加热系统的蓄能，增加或减少蒸汽在汽轮机中的做功量。3.2 问题(1) 凝汽器、除氧器水位变化较大，因而对于凝汽器、除氧器水位控制的要求更高。需要将凝汽器和除氧器水位的协调控制。与此同时，低压加热器水位水位波动增大，由于超临界直流锅炉无存储给水的容器，而除氧器可作为直流锅炉存储给水的容器，储水量应能保证达到bmcr(锅炉最大连续蒸发量)时能维持610min的锅炉连续供水，因此除氧器水位不可长时间处于低水位运行。同时除氧器水位过低时，还会导致给水泵汽蚀，影响给水泵的安全。而除氧器水位过高时，引起汽轮机进水，影响汽轮机安全运行。凝汽器水位过高时，会淹没冷却水管，影响换热效果，

10、同时使凝结水温度下降和蒸汽凝结空间减小，会影响凝汽器的真空度。如果凝结水水位超过射水泵或者真空泵的抽气管道高度，造成真空度急剧下降，就会出现汽轮机末级进水，危及机组安全运行。 低压加热器水位波动增大，容易引起低压加热器水位保护误动。因为凝结水节流过程中，瞬间增大或减小凝结水量，必然造成低压加热器换热量剧烈变化，致使低压抽汽的凝结量增大，从而导致低压加热器水位波动增大。(2) 只能在短时间内增加或减少机组负荷（在图1中所示负荷维持时间约为4min），当回热加热系统的蓄能释放后，维持机组负荷仍需要依靠调节锅炉的燃煤量和给水量来实现。4 变凝结水流量调节机组负荷的经济性 4.1 可实现完全变压运行，

11、降低机组供电煤耗。 图2为某电厂600mw亚临界机组采用单阀调节和四阀全开2种方式进行试验的供电煤耗比较。2种运行方式的供电煤耗平均相差2.4 g/（kwh）。可见，四阀全开的完全变压运行方式节能潜力巨大。图2 不同运行方式的供电煤耗 图3 不同运行方式的主汽压力fig2 power supply coal consumption fig3 main steam pressure on different run mode on different run mode图3显示出采用完全变压运行方式后，主蒸汽压力降低。而根据热力学水蒸气焓的性质可知，在吸热量不变的条件下，主蒸汽压力降低，由于蒸汽的

12、定压比热容减小，必然导致主蒸汽温度提高，为了控制主汽温度不超过额定值，必须增加减温水量。而增加减温水量对超临界直流锅炉运行会带来诸多不利影响。不利影响主要有以下几个方面：第一，喷水点前的受热面中工质流量减少，使受热面传热减弱，尤其是省煤器和水冷壁中工质流量减少，会使省煤器出口水温提高，容易导致水冷壁进口工质流量分配不均，诱发水冷壁产生传热恶化和流动不稳定。第二，工质逆流传热减弱，传热强度下降，排烟温度升高，锅炉效率下降，机组效率降低，机组供电煤耗提高。第三，减温水量较大时，还会导致过热器管壁金属温度剧烈变化，使管内壁产生的氧化皮fe3o4 或fe2o3脱落，引发过热器管子和集箱堵塞，致使被堵塞

13、的过热器管超温，更为不利的是可能导致汽轮机进汽阀门和叶片被固体颗粒冲击（即spe现象）。同时过热器管壁不断受到过冷水冲击，会产生金属冷脆化，引起集箱和管子产生裂纹，影响金属强度和寿命。不过，主蒸汽压力降低，可使主蒸汽温度在较宽的负荷范围内维持不变，则低负荷时的主蒸汽焓值提高，高压缸排汽温度提高，使再热蒸汽达到额定值的吸热量减少，即再热器出口蒸汽温度容易维持额定值，有利于提高再热蒸汽在汽轮机中、低压缸的作功效率，由此抵消或者部分抵消主蒸汽减温水量增加对机组循环热效率的影响4。 4.2 变频调节可降低凝结泵功率消耗 变频凝结水泵调节机组负荷与凝结水泵工频运行时的耗电量相比，可大幅降低，但在不同机组

14、上差别较大。一般低负荷时，节电效果更明显。图4、图5分别给出600mw超临界机组和1000mw超超临界机组的凝结水泵功耗比较。图4中部分数据引自文献5图4 600mw机组凝结泵功耗与负荷的关系 图5 1000mw机组凝结泵功耗与负荷的关系fig4 relationship on power dissipation about condensate pumps of 600mw unit fig5 power dissipation for condensate pumps for load of 1000mw unit for load 5. 凝结水流量随负荷变化的关系 5.1 瞬态(快速)变

15、负荷时凝结水流量随负荷的变化变凝结水量快速调节机组负荷时，凝结水流量与除氧器水位随负荷变化的变化量比正常调峰时大得多。图6是一台600mw超临界机组上采用凝结水节流调节的试验数据，表明负荷变化量越大，凝结水流量与除氧器水位变化越大。图6 负荷变化量与凝结水流量及 图7 凝结泵转速及凝结水流量与负荷的变化关系 除氧器水位的变化量的关系fig6 relationship on condensed water flow fig7 relationship on rotational speed of condensateand deaerator water level for load chang

16、e pumps and condensed water for load 5.2 非瞬态(正常)变负荷时凝结水流量随负荷的变化实例一：k电厂600mw超临界机组凝结水流量随负荷的变化，如图7所示。实例二：w电厂900mw超临界机组凝结水流量随负荷的变化，如图8。正常变负荷时，采用变频凝结水泵可使变凝结水调节的灵活性提高，凝结水流量与负荷近似成正比关系，但不是线性关系。变频凝结水调节时，除氧器主调门开度增大，可减小节流损失，降低凝结水泵的电耗6，如图9所示。图7和图8显示，凝结水流量随负荷的变化量约为（22.3t/h）/1mw。图8 900mw机组的凝结水量与负荷的关系 图9 除氧器主调门开度与

17、负荷的关系fig8 relationship on condensed water flow fig9 relationship on change by main gate of 900mw unit for load of deaerator for load6. 结论(1) 超临界机组采用完全变压运行，供电煤耗降低大约25.5g/（kwh），为最优运行方式。(2) 变凝结水流量调节对agc的响应时间仅20s，可快速调频。但凝汽器、除氧器、低压加热器的水位变化较大，必须协调控制。(3) 变凝结水流量调节时，快速调负荷的最大能力达到1530mw，负荷变化速度可达到12 mw/min。(4)

18、凝结泵变频调节的灵活性高，节能效果可观，在大型燃煤机组上推广价值较大。analysis on technical features embodied in ultra supercritical unit and energy-savingnorth china electric power university, baoding 071003, china fan jin-yuan xie ying-baiabstract：this paper gave a systematic analysis of the energy-saving effect and the technical f

19、eatures embodied in ultra supercritical unit which timely adjusted the load by changing the condensed water flow to achieve the variable pressure operation. and based on the operating data, this article also undertake a detailed analysis on several questions such as the range of the load controlled

20、by changing the condensed water flow, responsive velocity, the energy-saving effect, control of water level in the deaerator, condenser and low pressure heater, and the impact of variable pressure operation on the boiler operational features. finally it came to a conclusion that with the combination

21、 of adjusting the load by controlling the condensed water flow with the traditional technology, the complete variable pressure operation of the ultra supercritical unit can be achieved which is of great significance to the energy conservation of the large scale coal-fired power generating uint.keywo

22、rds: ultra-supercritical unit operation characteristics condensed water flow frequency control energy saving 参考文献1 李西军，赵 爽，周虹任，等. 岱海电厂#1 机组凝结水节流响应负荷变化试验分析j. 电站系统工程. 2010. 26 (4). 39-441 li xi-jun, zhao shuang, zhou hong-ren, etc. experiment of condensate throttling response to the load of daihai power plant unit 1j. power system engineering. 2010. 26 (4). 39-442. 俞震华. gw 级机组凝结水泵变频运行性能分析j. 中国电力. 2010. 43 (7) .53-562. yu zhen-hua. performance analysis of condensate pump frequency conversion operation of 1000mwunitsj. electric power. 2010. 43 (7) .53-563 姚峻，祝建飞，金峰. 1000 mw机组节能